On the chloride dependence of vesicular glutamate transport

Abstract

Nervenzellen setzen Neurotransmitter gequantelt frei. Der Neurotransmitter wird dafür in speziellen Organellen, den synaptischen Vesikeln, gespeichert und bei Eintreffen eines Signals in den synaptischen Spalt freigesetzt um die postsynaptische Zelle zu erreichen. Die Aminosäure Glutamat ist der mit Abstand am weitesten verbreitete erregende Neurotransmitter im zentralen Nervensystem der Wirbeltiere. Die Aufnahme von Glutamat in die synaptischen Vesikel wird von den vesikulären Glutamattransportern (VGLUTs) durchgeführt. VGLUTs sind sekundär aktive Transporter, die einen protonenbasierten elektrochemischen Gradienten nutzen der von der vakuolären ATPase (VATPase) bereitgestellt wird. Biochemische Untersuchungen an isolierten Vesikeln zeigten, dass der Transport überwiegend durch das von der VATPase erzeugte Membranpotential angetrieben wird und dass die VGLUTs Chloridkonzentrationen im Bereich von 2-4 mM benötigen um optimal zu transportieren. Eine zentrale Fragestellung dieser Arbeit war, die Rolle des Chlorids für den Glutamattransport zu untersuchen. Dafür wurde der Transport von synaptischen Vesikeln aus Hirnen von Mäusen untersucht, bei denen entweder das VGLUT1-Gen deletiert war oder aber das Gen für einen mutmaßlichen Chloridtransporter auf synaptischen Vesikeln - ClC-3. Hierbei ergaben sich klare Indizien dafür daß Chloridionen nicht durch ClC-3 ins Vesikellumen gelangen, sondern durch VGLUT1 selbst, ein wichtiger Hinweis für das Verständnis der charakeristischen Chloridabhängigkeit des Glutamattransports. Um den Transport hinsichtlich dieses Phänomens genauer zu untersuchen wurde das VGLUT1-Protein der Ratte heterolog exprimiert und aufgereinigt und zusammen mit einer Protonenpumpe in Liposomen rekonstituiert. Dieser Versuchsaufbau ermöglichte, unabhängig vom zellulären Kontext, einen Glutamat/Chlorid Antiport nachzuweisen, eine bislang nur vermutete Funktionsweise der vesikulären Glutamattransporter. Ausserdem konnte die Permeation von Chloridionen, unabhängig von einem Glutamattransport, durch den Tra nsporter selbst gezeigt werden, was die Befunde aus den Untersuchungen der synaptischen Vesikel von VGLUT1-KO Mäusen unterstützte.